基于机器学习的四旋翼植保机目标识别研究

为了提高无人植保机的目标识别能力,提升其在复杂环境下自主化作业的适应性,将机器学习算法引入到了植保机目标自主识别系统的设计上,利用神经网络学习算法和图像增强处理技术提高了识别系统的准确性。模拟植保机的作业环境,在作业区域设置了大量的作物目标,通过植保机对目标物的识别对其性能进行了测试,结果表明:植保机可以准确地识别作物目标,满足自主作业时对目标自主识别的设计需求。

基于改进模糊PID的农用四旋翼飞行器姿态角控制

在农业植保的喷洒农药作业过程中,四旋翼飞行器的飞行姿态角不稳定,工作效率不高。为更好地解决四旋翼飞行器的姿态控制问题,运用遗传算法对模糊控制器中的比例量化因子和隶属度函数进行优化,将改进模糊控制应用到农用四旋翼飞行器的姿态控制,提高姿态控制能力。MATLAB软件的Simulink进行模型创建与虚拟仿真,然后对四旋翼飞行器进行测试。仿真实验结果表明,与模糊PID控制器相比,改进模糊PID控制器上升时间缩短了0.3 s,超调量减小了4%,调整时间缩短了约2.5 s.改进后四旋翼飞行器的响应速度快,控制效果好,鲁棒性较强,姿态控制性能提升,有效地提高工作效率。

四旋翼飞行器农田位置信息采集平台设计与实验

作为对传统农田信息采集方式的补充,提出了一种基于小型飞行器的采集方式。阐述了四旋翼飞行器的工作原理,并设计了农田信息采集平台,制作出的样机载重为3.5 kg,滞空时间大于20 min。设计了惯性测量系统,在测试翻滚角误差小于0.5°时确定融合算法权重系数K为12,利用PID闭环控制,实现3 m高度悬停飞行的偏移误差不超过5 m。在平台上搭载Trimble 5700型GPS接收机进行了实时数据采样实验,结果表明人工采样与飞行采样数据误差约为1.4 m,表明该平台具有采集农田位置信息的基本能力。

基于滤噪微分器的四旋翼飞行器控制

在飞行器的控制中,角速率反馈可以提高控制系统的动态特性,但速率陀螺价格昂贵,且随运行时间的增加其性能会不断下降.对此本文提出了一种基于滤噪微分器的四旋翼飞行器滑模变结构控制律.该控制律使用的反馈信号仅由角度传感器得到,而无需角速率传感器.控制律中的角速率信息由王新华等设计的有限时间收敛的微分器得到.本文通过数学证明,给出了当测量信号中含有噪声时该微分器的理论跟踪误差上界.仿真以及对四旋翼飞行器滚转姿态的控制实验验证了微分器的抑制噪声作用和控制算法可行性.

四旋翼飞行器悬停状态姿态控制建模与仿真

对四旋翼飞行器悬停状态下建立合理动力学模型,为实现四旋翼机悬停飞行时可靠姿态优化控制,提出采用四旋翼机悬停状态建模从单个旋翼受力方法,以四个旋翼转速作为控制量,认为悬停飞行时飞行器自身重力与竖直方向升力完全平衡,在竖直方向上施加一个约束方程,结合其它三个姿态角约束方程,建立起四旋翼机悬停状态下姿态角到旋翼转速的对应方程。利用上述模型,在Matlab软件上对四旋翼机进行悬停时的PID控制联合仿真。仿真结果表明,所建立动力学模型正确有效,更有助于实现四旋翼机悬停状态的姿态优化控制。

可垂直起降、高速前飞的飞行器设计与控制

本文设计了一种具有垂直起降、悬停和高速前飞能力的飞行器.这种飞行器通过模态转换,既能够实现类似传统四轴飞行器的垂直起降,又能够实现类似固定翼飞行器的高速前飞.同时本文针对这种飞行器设计了模态转换控制律;仿真试验验证了设计方案和控制律的有效性.

基于WiFi的微型四旋翼飞行器设计

为了进一步提高微型四旋翼飞行器的稳定性、转向灵活性与可控性,提出并采用多种传感器、WiFi无线通信、嵌入式微控制器等多种技术,并结合四元数、双闭环PID控制等,设计出一款基于WiFi的微型四旋翼飞行器。详细阐述了该系统构成、硬件设计与软件设计。实践表明,飞行器机身采用"X"型设计,软件系统采用四元数、双闭环PID控制等,其飞行稳定性高、可控性好、转向更灵活。

基于STM32单片机四旋翼飞行器建模分析与设计

针对四旋翼飞行器稳定性差、控制难的问题,使用牛顿-欧拉方程建立了数学模型,提出了姿态解算的实现方法。设计了以STM32单片机为控制核心,加速度计、陀螺仪及磁力计等组成的硬件控制电路。提出将加速度计解算出的角度数据与陀螺仪解算出的角度数据进行融合,通过卡尔曼滤波滤去干扰信号,保证了角度数据的准确性。设计了三路串级PID控制器,通过对横滚角、俯仰角、偏航角3种姿态角进行控制,实现了对飞行器的悬停、前进、后退、左转、右转等控制。经室内外飞行测试表明,飞行器可以平稳飞行。

四旋翼飞行器模糊PID姿态控制

在四旋翼飞行器控制姿态优化问题的研究中,为更好的实现对四旋翼飞行器的姿态控制,在Matlab环境下利用6-DOF运动方程模块搭建了四旋翼飞行器的非线性模型。选取四旋翼飞行器的姿态角作为控制对象,借助Matlab模糊工具箱设计了模糊PID控制器并依据专家经验编辑了相应的模糊规则;同时设计了常规PID控制器并选取了最佳的PID控制参数,对两种控制器控制下的四旋翼飞行器姿态进行了相同条件下的Matlab仿真。仿真结果表明,模糊PID控制器相比常规PID控制器具有更优良的动态性能及鲁棒性。对实际四旋翼飞行器的姿态控制具有一定的指导意义。

农田信息采样方式及飞行器平台设计

针对目前的航空航天遥感平台成本高、采样精度低、实时性不强的特点,提出了带有采集装置的四旋翼飞行器作为采样农田信息的低空平台。总结了农田土壤信息获取的主要方式与特点,指出四旋翼飞行器将是适合高密度、实时性强等特点的农田信息采集新平台。同时讨论了四旋翼飞行器的国内外研究进展,分析了带有采集装置低空平台的结构构成、惯性测量系统,研制了重量为1 200g,续航时间大于20min的低空平台样机,并提出了远地面无线传感器获取、近地面旋翼风作用和直接接触地面采集的3种新采集方式。

四旋翼飞行器的研究与应用

随着自动控制技术的发展,四旋翼飞行器的研究与应用受到广泛关注.综述了四旋翼飞行器的发展现状,分析了四旋翼飞行器的基本原理与结构,探讨了四旋翼飞行器相关的关键技术和应用领域,指出了四旋翼飞行器未来的发展方向.

四旋翼飞行器的设计

设计了一种四旋翼飞行器的实验系统。电机调速器运用检测反电动势的方法控制三相全桥逆变电路从而调节无刷直流电机的转速。以ARM处理器为主控制器对电机调速器进行控制,从而实现飞行器的平衡和姿态控制。通过四旋翼工作模式的研究,利用加速度传感器和陀螺仪数据进行控制算法设计与研究,实现四旋翼飞行器姿态的控制调节。开发了仿真调试软件系统实时监测传感器的数据和控制量。实验表明,通过合适的控制算法可以四旋翼飞行器的平衡性能和各种飞行姿态,从而为学生提供了新的仿真和实践平台,有利于创新型实验教学任务的顺利开展。

四旋翼飞行器姿态的自适应反演滑模控制研究

微小型四旋翼飞行器是一种欠驱动、强耦合的非线性系统。针对四旋翼飞行器控制中的姿态控制优化进行研究,建立了四旋翼飞行器完整的姿态运动模型,为提高系统响应速度和抗干扰性,在反演控制基础上与自适应和滑模控制方法相结合,根据Lyapunov稳定性进行控制系统设计,并选取合适的控制参数使所设计的控制系统是渐进稳定的,最终设计了一种基于自适应反演滑模算法的姿态控制器。通过计算机仿真软件进行验证,结果表明所设计的控制器与其它算法相比具有更快的响应时间和很强的鲁棒性。

四旋翼飞行器的反步滑模控制

针对四旋翼飞行器控制系统存在的建模不精确、控制精度低和鲁棒性差等问题,提出采用反步滑模控制方法控制四旋翼飞行器的姿态及高度。首先在四旋翼飞行器动力学模型基础上改进了姿态及高度的动力学模型,设计了反步滑模控制器。然后采用Simlink对所设计的反步滑模控制器进行仿真,并与PID控制方法进行了仿真对比分析。通过对飞行器轨迹跟踪的研究,可知PID控制与反步滑模控制均可使四旋翼飞行器到达指定位置并保持稳定,但反步滑模控制响应时间更短、稳定性高,具有强鲁棒性,验证了文中所提方法的可行性。

基于单目视觉的四旋翼飞行器目标跟踪算法研究

以AR.drone四旋翼飞行器为研究平台,提出一种基于AR.drone前置单目摄像头,并结合卡尔曼滤波跟踪视频中移动目标的方法。将采集得到的RGB图像经过颜色空间转换成对光照变化影响不大的HSV图像;通过Open CV对视频中跟踪目标的图像去噪,对轮廓进行检测寻找图像中最大的轮廓目标,并通过卡尔曼滤波对目标位置进行修正;计算四旋翼飞行器的飞行朝向并实现四旋翼飞行器对视频区域里移动目标的跟踪。实验表明,该方法有效地实现了对移动目标跟踪的准确性、稳定性和快速性。

四旋翼飞行器多功能实验平台设计

详细介绍了四旋翼飞行器实验平台的设计以及在教学实践过程中取得的成果。该平台突出了模块化设计,在一个平台上实现了多种实验内容的自由组合与分解,极大丰富了实验内容,为学生锻炼动手能力、验证理论知识,提供了良好的平台。

基于滑模控制器的四旋翼飞行器控制

文章针对四旋翼飞行器的飞行控制设计了滑模控制器。针对飞行器的高度控制,设计了一种基于滑模控制方法的控制器,并根据李雅普诺夫稳定性理论证明了飞行器系统的所有信号最终是一致有界的;针对飞行器的姿态控制设计了滑模控制器,并对其进行了稳定性证明,且针对该控制器产生较大抖振的问题提出了采用双幂次趋近率的改进方法。仿真结果证明了设计的控制器能较好地控制四旋翼飞行器。

基于自适应模糊PID的四旋翼飞行器悬停控制

为了解决四旋翼飞行器在悬停飞行过程中控制性能差、鲁棒性差等问题,提出一种基于自适应模糊PID控制方法。根据Newton-Euler方程建立四旋翼飞行器的非线性模型,设计内环为姿态控制,外环为位置控制,并在Matlab环境下设计了该自适应模糊PID控制器。仿真和实验结果表明,该自适应模糊PID控制器具有较好的响应速度及鲁棒性,能够有效地控制飞行器到达目标位置,并且保持悬停飞行状态,实现了对四旋翼飞行器系统双环控制。

某四旋翼飞行器机架的模态分析

为了避免某四旋翼飞行器在执行任务过程中产生共振,对真实机架结构进行了建模,用有限元软件Workbench进行模态分析。通过提取机架的7~12阶固有模态,发现旋翼机的激振频率可有效避开其固有频率。结果表明,该方法可有效避免共振,增加飞行器任务执行的作业量及有效率,为该飞行器的设计、改进及其研究提出参考意见。

四旋翼机器人运动控制与自适应PID控制算法设计

针对四旋翼机器人关键技术进行了深入的研究。首先分析了四旋翼机构特征及其主要的用途。其次,利用了四旋翼的正交的结构特征进行系统设计。再次,根据旋翼机器人的运动特点进行了本体运动控制分析,实现了悬停、前后、水平、俯仰和翻转等运动状态。最后,采用模糊自适应PID控制算法设计了一款位姿控制器,推导出一个非线性动力学仿真模型,用一个PID测试控制器进行仿真,并在真实飞行中成功地测试机器人,达到了一个理想的效果。